(57)【要約】【課題】吸引による浚渫において、水底に堆積している土砂を空気と交互に吸引するプラグ輸送の原理で吸い上げることにより水の吸引を少なくし、2~3cmを超える大きさの石などでも安定して浚渫し、攪拌せずに吸引することによることにより水の濁りを抑えることができる浚渫装置並びに該浚渫装置を用いることによって湖沼などにおける数十m以上の深度においても従来の設備に比べ小さな設備で浚渫が行なえる浚渫方法を提供することにある。【解決手段】水底の土砂及び堆積物を吸引により浚渫する装置において、吸入口を開閉できる装置と、その開閉装置の排出側に水上の大気に開放された吸気管を備え、吸入口の開閉作業を繰り返すことにより土砂及び堆積物を浚渫することにより水中におけるプラグ輸送を実現する。また該浚渫装置を用いることによって軽設備で大深度浚渫を実現する浚渫方法を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水中に吸入口をもつ吸引管を投入し、水底の土砂及び堆積物を吸引により浚渫する装置において、吸入口を開閉できる装置と、該開閉装置の排出側に水上の大気に開放された吸気管を備え、吸入口の開閉作業を繰り返すことにより土砂及び堆積物を浚渫することを特徴とする浚渫装置
【請求項２】
吸入口の吸入側に網目状の囲いを設けたことを特徴とする請求項１記載の浚渫装置
【請求項３】
吸入口全体の最下端に感知器を取付け、水底に着床したときにのみ開閉装置が開く操作ができる機能を付属した請求項１記載の浚渫装置
【請求項４】
開閉装置が、外殻である筒状ケーシングと、その内部に固定された筒状弾性体と、両者の隙間に流体圧力を増減するための配管からなる請求項1記載の浚渫装置
【請求項５】
吸気管が、水面(浚渫)方向に向かって10°〜90°の入射角で吸引管に接続されたことを特徴とする請求項1記載の浚渫装置
【請求項６】
吸気管が、2本から6本程度からなり、空気の流れが螺旋状になるように吸引管と接続されたことを特徴とする請求項1記載の浚渫装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダム,湖沼,河川,港湾などに堆積した土砂を吸引により浚渫する浚渫方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の浚渫方法には、ディッパー,クラブ,バケット,バックホウ,ポンプを使用するもの、あるいはサイフォン原理を利用するものなどが知られており、現場の状況により適宜な方法が選択されている。その中で本発明においてはポンプによる浚渫を行うものであるが、その従来技術としては、水中で行なう吸引を効率よくするために高圧水噴射をし、水と土砂を攪拌混合させた状態で吸引し、尚且つ水の濁りを抑えるための遮蔽筒を備えたことを特徴とする特許3266870号公報，浚渫土砂を空気の流れに乗せて搬送させることを特徴とする特公平7-15174号公報などがある。
【特許文献１】特許3266870号公報
【特許文献２】特公平7-15174号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
浚渫条件の厳しいダム湖における浚渫を例に、以下の問題点を解消することを目的とする。現状のダムの中には、全貯水容量のうち土砂が80％以上堆積しているものもあり、また、数多くのダムも急速に土砂の堆積が進行し、ダムとしての機能が減退しつつある。この問題は少なくとも特願昭52-128136においても意識されているが、現在も有効かつ低コストな浚渫工法を求められ続けている。ディッパー,クラブ,バケットによる浚渫においては、ダム湖の規模及び深度に見合った能力の浚渫船を選択した場合、その大きさからダム湖のある山間部の現場まで搬入する事が難しい場合が多い。また、台船の上にクローラー型クレーンを乗せそのクラブやバケットなどを付帯させる分割式としても、台船の規模,重量は大きなものになり、同様に現場への搬入は難しい場合が多く、別途土砂を運搬する船
若しくは圧送するための設備が必要になり、コストが多大にかかる場合が殆どである。また、サンドポンプやサイフォン原理を利用する場合は、数十mの深度になっても設備規模や使用エネルギーは上記の方法と比べ比較的小さくなるが、浚渫能力も比較的弱く、2~3cmを越える大きさの石などの搬送が問題となり浚渫物の状況によっては不可能な場合がある。
【０００４】
従来技術として挙げた特許3266870号公報においては、多量の水を共に搬送することにより搬送効率を上げ、管閉塞を防ぐという方法であるため、即ち水を多量に吸込むという問題がある。また、2~3cmを越える大きさの石などは管内抵抗が大きく流体輸送が難しいという問題もあり、また、高圧水噴射で水と攪拌混合できない石などは浚渫することができない。吸引における搬送においては被搬送物と空気を交互に吸引するプラグ輸送ならば2~3cmを超える大きさの石などでも安定して搬送が出来る。それは下水道推進工事の泥濃式などにおいて掘削土を5~600m以上吸引搬送している状況からも明らかである。特公平7-15174は正にそのプラグ輸送の原理を利用したものであるが、大気中で浚渫することを前提としているため、水中での浚渫は想定されていない。
【０００５】
そこで本発明は上記課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、請求項1記載の発明においては、吸引による浚渫において、水底に堆積している土砂を空気と交互に吸引するプラグ輸送の原理で吸い上げることにより水の吸引を少なくし、2~3cmを超える大きさの石などでも安定して浚渫し、攪拌せずに吸引することにより水の濁りを抑えることができ、数十m以上の深度における大規模な浚渫においても従来の設備に比べ小さな設備で浚渫が行なえる浚渫装置を提供することにある。(第1課題)
【０００６】
請求項2記載の発明における課題は、浚渫中に自転車や家電などの大型金属片、石や岩や流木などの大きな障害物が吸入口に詰まることを防ぐことにある。(第2課題)
【０００７】
請求項3記載の発明における課題は、請求項1記載の浚渫装置を使用した浚渫中において、誤操作によって水だけを吸引することを防ぐことにある。(第3課題)
【０００８】
請求項4記載の発明における課題は、浚渫土砂が開閉操作時に詰まることを防ぐことにある。(第4課題)
【０００９】
請求項5及び6記載の発明における課題は、吸気管により導入される空気の流れを効率よく搬送の力へ替えることにある。(第5課題)
【課題を解決するための手段】
【００１０】
第1課題の解決手段は、水底の土砂及び堆積物を吸引により浚渫する装置において、吸入口を開閉できる装置と、その開閉装置の排出側に水上の大気に開放された吸気管を備え、吸入口の開閉作業を繰り返すことにより土砂及び堆積物を浚渫する構成としたものである。このとき吸入口は水中の浮力及び水底堆積物の土質を鑑みて、自重により水底堆積物の中に埋没していく程度の重量とするために錘で調整することが望ましい。
【００１１】
第2課題の解決手段は、請求項１記載の浚渫装置の開閉装置の吸入側に網目状の囲いを設ける構成としたものである。このとき網目状の開口の一つの大きさは30〜80％程度が好ましい。
【００１２】
第3課題の解決手段は、請求項１記載の浚渫装置の吸入口全体の最下端に感知器を取付け、水底に着床したときにのみ開閉装置を開く操作ができる機能を付属した構成としたものである。
【００１３】
第4課題の解決手段は、請求項１記載の浚渫装置の開閉装置が、外殻である筒状ケーシングと、その内部に固定された筒状弾性体と、両者の隙間に空気圧力を増減するための配管からなる構成としたものである。
【００１４】
第5課題の解決手段は、請求項１記載の浚渫装置の吸気管が、水面(浚渫)方向に向かって10°〜90°の入射角で吸引管に接続され、又は2本から6本程度からなり、空気の流れが螺旋状になるように吸引管と接続された構成としたものである。このとき吸気管の断面積は吸引管の断面積の30〜200％程度が好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
以上に述べたごとく第1課題の解決手段によれば、吸入口が水底に着床するまで開閉装置を開かないことにより、余計な水を吸引することを防ぐ。水底に着床したときに吸入口を開くことにより、大気中における吸引と同条件において浚渫を開始し、開閉装置を閉じることにより大気を吸気管により取り入れ、この開閉操作を繰り返すことにより水底の土砂などと空気を交互に取り込み、大気中と同様のプラグ輸送原理により2~3cmを超える石などを浚渫でき、攪拌せずに吸引することにより水の濁りを抑え、深度が大きくなるときは錘により調整することによりディッパー,クラブ,バケットなどを用いるより小さな設備で浚渫を行なえることを実現する。
【００１６】
第2課題の解決手段によれば、浚渫中に自転車や家電などの大型金属片、石や岩や流木などの大きな障害物が吸入口に詰まることを防ぐことを実現する。また、網目状の開口の一つの大きさを30〜80％程度とすることにより、異形の石などが網目を通過した後に吸入口に詰まることを防ぎ、吸引能力に応じて浚渫土砂の最大粒径を調整することを実現する。
【００１７】
第3課題の解決手段によれば、請求項1記載の浚渫装置を使用した浚渫中において、水底に着床したときにのみ開閉作業をできる機能を付属することによって、誤操作によって水だけを吸引することを防ぐことを実現する。
【００１８】
第4課題の解決手段によれば、開閉装置の開閉手段を筒状弾性体により行なうことで、開閉時、特に閉めるときに通過中の浚渫土砂が挟まることにより閉じることができなくなる状態を回避することを実現する。尚、請求項4記載の流体圧力は油圧や空圧などが想定されるが、故障時などに周囲環境へ与える影響や開閉速度を鑑みれば、開閉能力に問題ない限り空圧を用いることが望ましい。また、開閉操作は船上などにおいて遠隔操作できるようにすることが望ましい。
【００１９】
第5課題の解決手段によれば、吸気管を水面(浚渫)方向に向かって10°〜90°の入射角で吸引管に接続することによって、吸気管により導入される空気が滑らかに流れるようにし、又は空気の流れを螺旋状にすることにより、空気の力を効率よく搬送の力に利用することを実現する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。ただし、以下に示す実施例は、本発明の技術思想を具体化するための浚渫装置を例示するものであって、本発明は浚渫装置並びに浚渫方法を下記のものに特定しない。また、類似図面を省略するために請求項1〜6を全て備えた実施例を図1、図2及び図3に示すが、以下の各請求項に対応した説明においては、各請求項において必要とされない部分及び重複する説明になる場合については省略する。図1は本発明の浚渫装置の断面図を表し、開閉装置が開いた状態を示す。図2は本発明の浚渫装置の断面図を表し、開閉装置が閉じた状態を示す。図3は図1記載のX-X’断面図であり、開閉装置が閉じた状態の時の空気の流れを示す。
【００２１】
請求項1に基づく構成を説明する。図1に基づき水面(上)から水底(下)方向に向かって説明する。まず吸引ホース(6)下端に吸気管接続フランジ(103)を接続する。この吸気管接続フランジ(103)にフック(114)を設け吊ワイヤー(102)により昇降する。また、この吸気管接続フランジ(103)は吸気のための開口と吸引のための開口を持ち、吸気のための開口は2本の吸気ホース(2)に接続し該吸気ホースは水面上の大気に常に開口を開けている。一方吸引のための開口は図に示すとおり水底への鉛直線上にあり直下のピンチバルブ(1A)に接続する。ピンチバルブ(1A)の内部にはスリーブ(106)があり、該スリーブ(106)はスリーブ押え金具(110)で固定する。ピンチバルブ(1A)の筒状ケーシング(111)にエアーホース(105)を接続し、スリーブ(106)と筒状ケーシング(111)との隙間に圧縮空気を加圧充満させることによりスリーブ(106)が密着し吸入口(1)を閉じる。このとき、吸引力によりピンチバルブより上部の吸引ホース(6)及び吸気管接続フランジ(103)の内部は負圧の圧力が高まり逆止弁が開き、吸気ホース(2)を経由して大気中の空気を管内に吸引する。吸引された空気は図1及び図3に示す空気の流れ(112)のような角度で、吸引ホース(6)内を旋風のような状態で流れていく。
【００２２】
次に図2の状態を説明する。図1との違いはエアーホース(105)の圧縮空気が減圧され、スリーブ(106)が開いている。スリーブ(106)が開くことによって図1における空気の流れ(112)に引っ張られると共に、水圧に押された堆積土(0B)が爆発的に吸引される。このとき堆積土(0B)及び堆積土(0B)と共に吸引された水により吸引ホース内部が充満され、負圧が下がり、吸気ホース(2)からの空気の流れが遮断される。すると、吸引された堆積土(0B)と水が、水圧により吸気ホース(2)への逆流が起こり吸気ホース(2)の内部を水面まで堆積土(0B)と水が充満してしまう。そうならないために、逆流する流れが逆止弁(104)を閉じる構成とすることで、逆止弁(104)により逆流を防ぐ。尚、スリーブ(106)が開かれている状態を続ければ、空気の量が不足し閉塞が起こる。それを防ぐために逆止弁(104)が閉じた状態になったときに連動的にスリーブ(106)が開く半自動的な機構とすることが望ましい。そのような構成にすることによって、堆積土(0B)と空気の交互吸引による安定したプラグ輸送の原理を実現できる。しかし、逆止弁(104)とスリーブ(106)の連動が無くとも、閉塞は即座に起こるものではなく、1分程度の余裕は充分にある。その間にスリーブ(106)を閉じ、吸引機の負荷を監視しながらこの開閉作業を繰り返せば、同じく安定したプラグ輸送の原理を実現できる。また、上記説明において、請求項1記載の要素である、吸引管は吸引ホース(6)、開閉装置はピンチバルブ(1A)，吸気管は吸気ホース(2)にそれぞれ対応している。
【００２３】
上記浚渫装置は深度に応じた水中の浮力及び水底堆積物の土質を鑑みて、自重により水底堆積物の中に埋没していく程度の重量とするために錘(108)で調整できるようにすることが望ましい。
【００２４】
また、１０mを超える深度における浚渫の場合、吸引ホース(6)は、負圧による潰れを回避するために吸引ポンプの最大能力のみでなく、水圧を考慮に入れた上で選定することが望ましい。
【００２５】
請求項2に基づく構成を説明する。図1記載のピンチバルブ(1A)の下部に網籠(1B)を設ける。この網籠(1B)は一開口部の面積を吸入口(1)の面積の30~80%程度とすることで自転車や家電などの大型金属片、石や岩や流木などの大きな障害物が吸入口(1)に詰まることを防ぎながら、効率よく浚渫することを実現する。また、上記説明において、請求項2記載の網目状の囲いは網籠(1B)に対応している。
【００２６】
請求項3に基づく構成を説明する。図1記載の網籠(1B)の下部に感知器(109)を設ける。感知器(109)が水底に着床したことを感知したときにのみ筒状ケーシング(111)の内部を減圧することができるようにする。そのような機構によって誤操作による、水だけを吸引することを防ぐことを実現する。また、上述の逆止弁(104)による半自動浚渫と共に、自動若しくは半自動浚渫を実現するための機構の一部とすることもできる。
【００２７】
請求項4に基づく構成は請求請1に基づく構成の説明(前段落００２１及び００２２)において記載しているため省略する。尚、請求項3記載の要素である、筒状ケーシングは筒状ケーシング(111)、筒状弾性体はスリーブ(106)、流体圧力を増減するための配管はエアーホース(105)にそれぞれ対応している。
【００２８】
請求項5に基づく構成を説明する。図7に示すように吸気管(107)を水面(浚渫)方向に向かって10°〜90°の入射角で吸気管接続フランジ(103)に接続する。入射角は小さいほど流体抵抗が少なく効率が良いが、入射地点は開閉装置に近いほど吸入口を開いたときに空気の流れの力を有効に使うことができるという相反する条件となる。また、入射角が小さすぎると、吸入口が水底に接触することの妨げとなることもあるので、注意が必要である。
【００２９】
請求項6に基づく構成を説明する。図1に示すように垂直方向において同角度で入射した2つの空気の流れが、図3に示すように水平方向において衝突しないように筒の内側の外周面に沿って流れ、絡まりあうように旋風のように流れることによって空気の力をより効率よく搬送の力に利用することを実現する。
【００３０】
浚渫条件の厳しいダム湖における本発明の一実施例を図4、図5及び図6により説明する。尚、本発明の根幹を成す請求項1記載の発明については実施例の図1、図2及び図3に基づき上記に記載済みであるため説明を省略する。図4は請求項4記載の浚渫方法の鳥瞰図であり、浚渫方法の構成を示す。図5は浚渫方法の平面図であり、浚渫方法の全体を示す。図6は組立式台船(3)の鳥瞰図である。
【００３１】
図4の組立式台船(3)から、吊ウインチ(3A)により請求項1記載の浚渫装置を水中に投下する。請求項1記載の浚渫装置により搬送されてきた浚渫土(堆積土(0B)と水)はフロート(5)により水面上に浮かぶ吸引ホース(6)の中を通り地上の転倒タンク(8)へと搬送され、浚渫土と空気に分離される。空気は泥土の微粒子を吸入しないためのセパレートタンク(11)を経由し真空ポンプ(12)へ向かう。浚渫土は減圧弁(9)を開くことにより振動篩機(10)に投下され、堆積土(0B)と水分(泥水)とに分離される。分離された堆積土(0B)は貯泥タンクに蓄えられるか、直接ダンプトラックに積載され、処分する。水分は浄水タンク(13)によりSS=50ppm以下まで濾され、放流管(14)により、元のダム湖若しくは下流の河川に放流する。
【００３２】
上記の構成において、既に分かっている問題点とその解決策を以下に説明する。浚渫土の搬送において総距離が200mを超える辺りから、管内抵抗によりプラグが長大化してゆく。そのようなプラグは閉塞の原因となるうえ、特に上昇搬送部において吸引力が不足し該プラグが持ち上がらないという状況が発生する。特に、上昇搬送が10mを超える場合、大きな抵抗となり、閉塞が頻繁に起こる可能性が高くなる。そのような条件で施工せざるを得ない現場である場合、上昇搬送部をスクリューコンベア(7)などに負担させることが望ましい。
【００３３】
また、組立式台船(3)を極力、軽量・小型化させるための一例を示すのが図4、図5及び図6である。一例においては請求項1記載の浚渫装置を水中に投下するためにクレーンなどの重機を用いず吊ウインチ(3A)を備え、台船を移動するに当たっては台船移動(固定)用ウインチ(3B)と湖岸に設置されたアンカー(15)に緊結された台船移動(固定)用ワイヤー(4)を用いることによってエンジンスクリューなどの動力及び台船を安定させるための錨を省くなど、組立式台船(3)への負担を低減することによって軽量・小型化を実現している。
【００３４】
組立式台船(3)の移動は、四隅に取付けられた台船移動(固定)用ウインチ(3B)と湖岸に設置されたアンカー(15)に緊結された台船移動(固定)用ワイヤー(4)を用いるが、移動する方向に取付けられた台船移動(固定)用ウインチ(3B)を巻き、それ以外の台船移動(固定)用ウインチ(3B)を緩めることによって移動をする。台船の固定は四隅の台船移動(固定)用ワイヤー(4)に台船移動(固定)用ウインチ(3B)によりテンション(張力)を張ることによって行なう。以上の構成により、図5に示す4つのアンカー(15)間の範囲「A」内の移動及び固定を実現する。範囲「A」外の浚渫ポイント(地点)については、アンカー(15)の移動を繰り返すことにより行なう。尚、開閉装置の操作は組立式台船(3)上で行うことが望ましい。
【００３５】
図4、図5及び図6に示された一例においては、100~150平米の設備ヤードと、大型トラック数台程度の設備で現場搬入し、浚渫を行なえることを実現する。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の浚渫装置の断面図を表し、開閉装置が開いた状態を示す。
【図２】本発明の浚渫装置の断面図を表し、開閉装置が閉じた状態を示す。
【図３】図1記載のX-X’断面図であり、開閉装置が閉じた状態の時の空気の流れを示す。
【図４】請求項4記載の浚渫方法の鳥瞰図であり、浚渫方法の構成を示す。
【図５】浚渫方法の平面図であり、浚渫方法の全体を示す。
【図６】組立式台船(3)の鳥瞰図である。
【図７】請求項5記載の入射角を示す。
【符号の説明】
【００３７】
0A    元地盤面
0B    堆積土
1             
吸入口
1A    ピンチバルブ
1B    網籠
2             
吸気ホース
3             
組立式台船
3A    吊ウインチ
3B    台船移動(固定)用ウインチ
3C    吸引ホース受け台
4             
台船移動(固定)用ワイヤー
5             
フロート
6             
吸引ホース
7             
スクリューコンベア
8             
転倒タンク
9             
減圧弁
10          
振動篩機
11          
セパレートタンク
12          
真空ポンプ
13          
浄水タンク
14          
放流管
15          
アンカー
16          
発電機
101       
吸引ホース止め具
102       
吊ワイヤー
103       
吸気管接続フランジ
104       
逆止弁
105       
エアーホース
106       
スリーブ
107       
吸気管
108       
錘
109       
感知器
110       
スリーブ押え金具
111       
筒状ケーシング
112       
空気の流れを示す
113       
浚渫土砂の流を示す
114       
フック
【図７】
2007217991.tif 000003
【図１】
2007217991.tif 000004
【図２】
2007217991.tif 000005
【図３】
2007217991.tif 000006
【図４】
2007217991.tif 000007
【図５】
2007217991.tif 000008
【図６】
2007217991.tif 000009